第七章专家系统精选文档.ppt
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1、第七章专家系统本讲稿第一页,共三十八页7.1 专家系统的定义和分类n专家系统是人工智能的一个重要分支,也是目前人工智能中一个最活跃且最有成效的研究领域n1968年,第一个专家系统DENDRALn专家系统的应用领域q数学、物理、化学、医学、地质、气象、农业、法律、教育、交通运输、机械、艺术以及计算机科学本身q渗透到政治、经济、军事等重大决策部门q产生了巨大的社会效益和经济效益,同时也促进了人工智能基本理论和基本技术的发展本讲稿第二页,共三十八页专家系统的定义与特点n费根鲍姆 q“专家系统是一种智能的计算机程序,它运用知识和推理步骤来解决只有专家才能解决的复杂问题”n专家系统是基于知识的系统,用于
2、在某种特定的领域中运用领域专家多年积累的经验和专门知识,求解需要专家才能解决的困难问题 q保存和大面积推广各种专家的宝贵知识 q博采众长 q比人类专家更可靠,更灵活 本讲稿第三页,共三十八页专家系统的产生和发展n第一阶段第一阶段(60年代末70年代初)q第第一一个个里里程程碑碑:斯斯坦坦福福大大学学费费根根鲍鲍姆姆等等人人于于19681968年年研研制制成成功功的的DENDRALDENDRAL分析化合物分子分析化合物分子结结构的构的专专家系家系统统分析分析n利用质谱和核磁共振等化学实验数据推断出未知化合物的可能分子结构 qMYCSYMAMYCSYMA系系统统是是由由麻麻省省理理工工学学院院(M
3、ITMIT)于于19711971年年开开发发成成功功并并投投入入应应用用的的专专家系家系统统,它能,它能够够求解各种数学求解各种数学问题问题 q特点特点n高度的高度的专业专业化,化,专门问题专门问题求解能力求解能力强强n结结构、功能不完整,移植性差,缺乏解构、功能不完整,移植性差,缺乏解释释功能功能本讲稿第四页,共三十八页专家系统的产生和发展n第二阶段第二阶段(70年代中80年代初)qMYCINMYCIN是是由由美美国国斯斯坦坦福福大大学学研研制制的的用用于于细细菌菌感感染染性性疾疾病病的的诊诊断断和和治治疗疗的的专专家系家系统统n提出知识库概念;引入可信度方法;推理解释;英语交互qPROSP
4、ECTORPROSPECTOR是由美国是由美国斯坦福研究所斯坦福研究所开开发发的一个探的一个探矿专矿专家系家系统统n首次实地分析华盛顿州某山区一带的地质资料,发现了一个钼矿床n第一个有明显经济效益的ESqCASNETCASNET是是一一个个几几乎乎与与MYCINMYCIN同同时时开开发发的的专专家家系系统统,由由拉拉特特格格尔尔(RutgerRutger)大学)大学开开发发,用于青光眼,用于青光眼诊诊断与治断与治疗疗 qAMAM系系统统是由是由斯坦福大学斯坦福大学于于19811981年年研制成功的研制成功的专专家系家系统统n模拟人类进行概括、抽象和归纳推理,发现某些数论的概念和定理本讲稿第五页
5、,共三十八页专家系统的产生和发展第二阶段特点:(1)单学科专业型专家系统;(2)系统结构完整,功能较全面,移植性好;(3)具有推理解释功能,透明性好;(4)采用启发推理、不精确推理;(5)用产生式规则、框架、语义网络表达知识;(6)用限定性英语进行人机交互本讲稿第六页,共三十八页专家系统的产生和发展n第三阶段(第三阶段(8080年代以来)年代以来)qDECDEC公公司司与与卡卡内内基基-梅梅隆隆大大学学合合作作开开发发了了专专家家系系统统XCONXCONn为VAX计算机系统制订硬件配置方案,节约资金近1亿美元q专专家家系系统统开开发发工工具具的的出出现现,它它在在许许多多领领域域简简化化了了专
6、专家系家系统统的构造的构造n如如骨骨架架系系统统EMYCINEMYCIN、KASKAS、EXPERTEXPERT,通通用用知知识识工工程程语语言言OPS5OPS5、RLLRLL,模,模块块式式专专家系家系统统工具工具AGEAGE等等本讲稿第七页,共三十八页专家系统的特点n具有专家水平的专门知识n能进行有效的推理n具有启发性n能根据不确定(不精确)的知识进行推理n具有灵活性n具有透明性n具有交互性本讲稿第八页,共三十八页专家系统与传统程序的区别传统程序依据某一确定的算法和数据结构来求解某一确定的问题,专家系统是依据知识和推理来求解问题最最最最大大大大区区区区别别别别传统程序=数据结构+算法 专家
7、系统=知识+推理 传统程序把关于问题求解的知识隐含于程序中,而专家系统则将知识与运用知识的过程即推理机分离分离分离分离(使专家系统具有更大的灵活性,使系统易于修改)本讲稿第九页,共三十八页专家系统与传统程序的区别从处理对象看,传统程序主要是面向数值计算和数据处理,而专家系统则面向符号处理面向符号处理q传统程序处理的数据多是精确的,对数据的检索是基于模式的布尔匹配,而专家系统处理的数据和知识大多是不不精精确确的的、模模糊糊的的,知识的模式匹配也多是不精确的不精确的传统程序一般不具有解释功能,而专家系统一般具有解解释释机构机构,可解释自己的行为本讲稿第十页,共三十八页专家系统与传统程序的区别传统程
8、序根据算法求解问题,每次都能产生正确答案,专家系统像人类专家那样工作,通通常常产产生生正正确确的的答答案案,但但有有时时也也会会产产生生错错误误的答案的答案q专家系统存在的问题之一q专家系统有能力从错误中吸取教训,改进对某一工作的问题求解能力从系统的体系结构来看,传统程序与专家系统具有不同的结结构构 本讲稿第十一页,共三十八页专家系统的类型n按功能q管理专家系统(元系统)n完成复杂问题总体决策、管理协调子系统的功能q领域专家系统()n从推理方向的角度可分q正向推理专家系统q反向推理专家系统q混合推理专家系统n从知识表达方法的角度q基于逻辑的专家系统q基于产生式规则的专家系统q基于语义网络的专家
9、系统 本讲稿第十二页,共三十八页专家系统的类型 专家系统种类专家系统种类专家系统种类专家系统种类解解解解 决决决决 的的的的 问问问问 题题题题 解 释根据感知数据推理情况描述 诊 断根据观察结果推断系统是否有故障 预 测推导给定情况可能产生的后果 设 计根据给定要求进行相应的设计 规 划设计动作 控 制控制整个系统的行为 监 督比较观察结果和期望结果 修 理执行计划来实现规定的补救措施 教 学诊断、调整、修改学生行为 调 试建议故障的补救措施本讲稿第十三页,共三十八页专家系统的类型n解释型专家系统q能根据感知数据,经过分析、推理,从而给出相应解释q代表性:DENDRAL(化学结构说明)、PR
10、OSPECTOR(地质解释)等n诊断型专家系统q能根据取得的现象、数据或事实推断出系统是否有故障,并能找出产生故障的原因,给出排除故障的方案q代表性:PUFF(肺功能诊断系统)、PIP(肾脏病诊断系统)、DART(计算机硬件故障诊断系统)等n预测型专家系统q能根据过去和现在信息(数据和经验)来推断可能发生和出现的情况q天气预报、市场预测、人口预测等本讲稿第十四页,共三十八页专家系统的类型n设计型专家系统q能根据给定要求进行相应的设计n工程设计、电路设计、服装设计)q代表性:XCON(计算机系统配置系统)、KBVLSI(VLSI电路设计专家系统)等 n规划型专家系统q能按给定目标拟定总体规划、行
11、动计划、运筹优化等n机器人动作控制、军事规划、城市规划等q代表性:NOAH(机器人规划系统)、SECS(帮助化学家制定有机合成规划的专家系统)、TATR(帮助空军制订攻击敌方机场计划的专家系统)等n控制型专家系统q能根据具体情况,控制整个系统的行为q代表性:YES/MVS(帮助监控和控制MVS操作系统)本讲稿第十五页,共三十八页专家系统的类型n监督型专家系统q能完成实时的监测任务,并根据监测到的现象作出相应的分析和处理 q代表性:REACTOR(帮助操作人员检测和处理核反应堆事故)n修理型专家系统q能根据故障的特点制订纠错方案,并能实施该方案排除故障,当制订的方案失效或部分失效时,能及时采取相
12、应的补救措施n教学型专家系统q能根据学生学习过程中所产生的问题进行分析、评价、找出错误原因,有针对性地确定教学内容或采取其它有效的教学手段 q代表性:GUIDON(讲授有关细菌感染性疾病方面的医学知识)n调试型专家系统q能根据相应的标准检测被测试对象存在的错误,并能从多种纠错方案中选出适用于当前情况的最佳方案,排除错误本讲稿第十六页,共三十八页7.2 专家系统的结构和工作原理专家系统的一般结构专家系统的一般结构 人机接口、推理机、知人机接口、推理机、知识库识库、动态动态数据数据库库、知、知识获识获取机构、解取机构、解释释机构机构人人 机机 接接 口口解释机构解释机构知识获取机构知识获取机构知识
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